CVD涂覆的工具钢激光淬火

近年来,钛基CVD涂层切削工具开始应用,厚度为6-9μm的涂层具有高硬度,低化学亲合力和低磨擦系数,从而获得了高耐磨性和寿命。最近开发了一种CVD-TiN涂层的工具钢激光淬火的工艺,激光器的工作频率在2kHz以上,功率为2kW的YAG（钇铝石榴石）激光光源,采用闭环过程控制;使用高速测温仪表,以△T=1K精度和小于1ms的响应时间,对加热表面的温度进行非接触式测量,通过这种方法,激光处理温度的偏差低于15K,CVD涂覆的工具钢硬度可高达64HRC（800HV）,淬硬层深度0.7mm,且不破坏TiN涂层。与传统的真空淬火相比,激光淬火的主要优点是工件的热变形极小,耐磨试验表明激光淬火的切削刀具,力学性能与真空淬火的相当。     

CVD和CVD镀层工具钢的热处理

应用气相沉积技术可以获得微米级或纳米级的单层或多层新颖材料.其中硬质膜在机械零件和加工工具上的应用一直是人们最感兴趣的重要方面.目前,对涂层硬质合金主要应用CVD技术,涂层高速钢和高合金钢主要应用PVD和PECVD技术.本文阐述具有高淬透性、二次硬化能力和淬火加热奥氏体化温度接近CVD涂覆温度的工具钢,在CVD涂覆的前后采用强化的热处理和表面保护的工艺方法进行处理,可以获得具有优良的基材性能和优异的CVD涂层的零件,将大大提高零件的使用寿命.     

K444合金表面CVD渗铝涂层在750℃空气中耐NaCl腐蚀行为

采用化学气相沉积(CVD)法在镍基高温合金K444表面制备了渗铝涂层。850、950和1050℃制备的涂层均为双层结构,外层是NiAl相,内层为互扩散区。涂层随沉积温度升高而增厚,3个沉积温度制备的CVD渗铝涂层厚度分别约为6.2、12.5和30.3μm。研究了K444合金及3个温度制备的CVD渗铝涂层在750℃NaCl+Air条件下的腐蚀行为。结果表明,K444合金表面发生氧化和氯化反应,腐蚀严重。而CVD渗铝涂层表面生成了保护性Al₂O₃,抗NaCl腐蚀能力增强,1050℃沉积温度下制备的CVD渗铝涂层抗腐蚀能力最强。     

金属基-碳化物复合涂层工艺与性能研究

本文对喷焊、真空扩散烧结、真空焙烧三种涂层制备工艺进行了对比试验．研究结果表明：真空扩散烧结及真空焙烧能获得比喷焊涂层更致密的涂层，涂层与基体间形成良好的治金结合，涂层耐磨性远高于常用工具钢CrWMn、轴承钢GCr15淬火低温回火后的耐磨性。     

两种预处理对硬质合金金刚石涂层附着力的影响对比研究

制约金刚石薄膜涂层工具走向市场化的关键问题是金刚石薄膜与硬质合金衬底的附着力低。困难来自于硬质合金的粘结相钴。消除钴对涂层附着力不利影响的措施很多。其中 ,真空渗硼和施加铜过渡层处理是两种较为有效的方法。本实验的目的就是要比较两种预处理对金刚石涂层附着力的影响。我们利用强电流直流伸展电弧等离子体CVD设备对真空渗硼和施加铜过渡层处理的刀片同时进行了金刚石薄膜沉积。通过激光喇曼、压痕和切削实验对其涂层的附着力进行分析、对比。结果表明 ,真空渗硼和施加铜过渡层处理均可有效地提高硬质合金金刚石涂层的附着力(未处理试样涂层的附着力 <60 0N。施加铜过渡层处理试样附着力 <15 0 0N ,真空渗硼预处理试样附着力≥ 15 0 0N)。但两者相比较而言 ,真空渗硼预处理法具有更好的效果     

国外文摘

双重处理TiCxNi_(1-x)和Ti_(1-x)AlxN硬化涂层钢的化合物的疲劳行为—Jaeger G. Surface and Coatings Technology, 2002, 150(2～3):282(英文) 开发了用于切削工具钢的热处理加涂覆硬化涂层双重表面改性处理方法。经这种处理后切削工具钢耐磨损性能显著提高。应用时其疲劳失效是一种重要的破坏形式。为此通过优化热处理和硬化涂层以改良其疲劳行为。按两步来解决这一问题,即:第一     

CVD金刚石涂层刀具切削性能与磨损机理研究

针对普通刀具切削质量差、刀具耐用度低等问题,对CVD涂层刀具制备方法及切削性能进行研究。首先以硬质合金刀具为基体通过CVD方法制备金刚石涂层,分析涂层表面形貌。然后在不同条件下进行铝合金材料的干式切削试验,分析金刚石涂层对切削力、切削温度以及工件表面粗糙度的影响规律。最后,通过对刀具磨损机理的分析,讨论涂层对刀具使用寿命的影响。研究结果表明,所制备的涂层刀具能够降低切削力和切削温度,大大提高刀具的切削性能和工件的表面质量,并能有效提高刀具使用寿命。     

温度对CVD-TaC涂层组成、形貌与结构的影响

利用TaCl5-C3H6-H2-Ar反应体系,用化学气相沉积法(CVD)成功地在C/C复合材料表面沉积TaC涂层及C-TaC复合涂层.研究了温度对TaC涂层的相组成和表面形貌的影响以及CVD-TaC涂层的沉积机理.结果表明:在1373～1673 K温度范围内能够在C/C复合材料表面制备碳化钽涂层,它由TaC和游离碳组成.提高沉积温度和H2/C3H6的流量比,TaC涂层中游离碳的含量减少;随着沉积温度的升高,TaC涂层的颗粒尺寸增大,均匀程度下降;在1 573 K时颗粒间出现明显的烧结界面,结构致密无裂纹.制备出成分波动的C-TaC复合涂层,该涂层与基体间具有良好的机械相容性.分析了低应力、无裂纹TaC复合涂层的形成机制.     

淬火对TC4钛合金激光焊接头超塑性变形行为的影响北大核心CSCD

采用光学显微镜和MTS810拉伸试验机等分析了不同工艺淬火后TC4钛合金激光焊接接头的超塑性变形行为和显微组织,研究了淬火对TC4钛合金激光焊接接头超塑性变形的影响。结果表明:淬火能够提高激光焊接接头的超塑性变形均匀性,且随着淬火温度的升高,激光焊接头超塑性变形均匀性提高;采用接头超塑性变形后焊缝与母材的截面收缩率之比K来表征接头变形后的均匀性,当淬火温度为1000℃,在变形温度940℃及应变速率10^(-4)s^(-1)下进行超塑性变形时,接头变形均匀性达到最大,此时K=0.9。     

淬火对TC4钛合金激光焊接头超塑性变形行为的影响

采用光学显微镜和MTS810拉伸试验机等分析了不同工艺淬火后TC4钛合金激光焊接接头的超塑性变形行为和显微组织,研究了淬火对TC4钛合金激光焊接接头超塑性变形的影响。结果表明:淬火能够提高激光焊接接头的超塑性变形均匀性,且随着淬火温度的升高,激光焊接头超塑性变形均匀性提高;采用接头超塑性变形后焊缝与母材的截面收缩率之比K来表征接头变形后的均匀性,当淬火温度为1000℃,在变形温度940℃及应变速率10~(-4)s~(-1)下进行超塑性变形时,接头变形均匀性达到最大,此时K=0.9。     

热处理对FeCrNi激光熔覆涂层显微组织和力学性能的影响（英文）

采用FeCrNi合金粉末在FV520B钢的梯形槽内构建多道激光熔覆涂层,并研究热处理对FeCrNi激光熔覆涂层的显微组织和力学性能的影响。实验结果表明,1073 K到1273 K热处理的二次淬火效应能够细化基体材料的晶粒,从而除去熔合区和母材之间的硬度软区。当热处理温度为1073 K时,抗拉强度达到了最大值。然而这种高温热处理对涂层的耐磨性有一定程度的不利影响。     

K452合金表面CVD渗铝涂层制备温度对其750℃硫酸盐热腐蚀行为的影响

采用化学气相沉积(CVD)技术在K452合金表面沉积渗铝涂层,沉积温度分别为850、950和1050℃。研究了沉积温度对CVD渗铝涂层在750℃空气中表面沉积Na₂SO₄及Na₂SO₄+NaCl环境下热腐蚀行为的影响。采用扫描电子显微镜(SEM)、X射线能谱仪(EDS)和X射线衍射仪(XRD)对腐蚀前和后的试样进行截面形貌观察和物相结构分析。结果表明,在750℃下表面沉积Na₂SO₄及Na₂SO₄+NaCl热腐蚀50 h后,3种涂层试样均表现出了较K452合金更好的抗热腐蚀性能,且涂层的抗热腐蚀性能随着涂层沉积温度的增加而增强。     

模具的表面处理

CVD法的优缺点是:①由于采用高温处理,通过C和Mo的扩散,能与基体材料牢固地结合在一起。②即使是比较复杂的零件,也能均匀地形成碳化物层;③由于高温处理易引起热处理变形,碳化物层在10μm 以下无法进行研究;④由于热处理冷却速度快,大部分都需要再次在真空或惰性气氛中进行淬火、回火。高速工具钢经淬火之后,其硬度比盐浴淬火硬     

接柄丝锥真空热处理技术研究

研究了经真空加热淬火和盐浴加热淬火的W6Mo5Cr4V2钢制接柄机用丝锥的组织和性能。发现,淬火温度相同,经这两种工艺淬火处理的丝锥的晶粒度、碳化物溶解程度非常接近,但回火后,经真空加热淬火的丝锥碳化物颗粒更为细小均匀,根据国家标准进行了切削试验,其切削性能达到了一等品的水平。     

超音速激光沉积Ti-6Al-4V合金结合界面特征数值模拟及试验验证

目的探究超音速激光沉积(SLD)过程中激光辐照温度和颗粒撞击速度对Ti-6Al-4V合金结合界面特征的影响规律,并通过试验对数值模拟结果进行验证。方法基于Johnson-cook材料模型,利用ABAQUS2017软件并采用欧拉-拉格朗日耦合CEL(CoupledEuler-Lagrange)计算模型和Lagrange计算模型,进行Ti-6Al-4V单颗粒和多颗粒的撞击行为数值模拟,并结合超音速激光沉积试验验证模拟结果。采用扫描电镜(SEM)和光镜(OM)对涂层的界面结合特征进行观察和分析。结果单颗粒撞击温度场模拟结果表明,当激光辐照温度为1073K时,随着撞击速度的增加,颗粒界面结合温度不断升高。当撞击速度为800m/s和900 m/s时,颗粒与基体局部最高温度分别为1876.7 K和1874.8 K,界面发生微熔。800 m/s时,颗粒压缩率为34.3%,扁平率为1.27,有效塑性应变为2.6,基体的凹坑深度为7.88μm,该参数下的超音速激光沉积涂层界面结合良好。多颗粒撞击温度场模拟结果表明,当撞击速度为800 m/s时,随着激光辐照温度的升高,孔隙逐渐减少。激光辐照温度为1073 K时,颗粒撞击界面的温度高达3463.7 K,但颗粒内部的温度还未达到熔点并保留在1073～1676.8 K。随着激光功率的升高,钛合金涂层的孔隙率降低为0.67%(SLD 700W),约为同条件下CS涂层孔隙率(8.31%)的1/12。结论激光辐照的热能使颗粒与基体以及颗粒间界面处的温度达到了材料熔点,实现颗粒表面微熔形成冶金结合。冷喷涂Ti-6Al-4V涂层中,颗粒与基体以及颗粒间均存在明显的孔隙,超音速激光沉积Ti-6Al-4V涂层颗粒与基体以及颗粒间的界面结合良好,试验结果与数值模拟结果大致吻合。     

金属陶瓷及硬质合金表面CVD/PVD涂层的摩擦与切削性能

为研究涂层沉积方式对金属陶瓷和硬质合金性能的影响,采用粉末冶金技术制备了Ti(C,N)基金属陶瓷和YT15硬质合金,在基体表面先后采用CVD和PVD制备涂层。采用SEM、EDS等手段对涂层的微观组织和元素含量进行分析,并对涂层试样进行划痕、摩擦因数、切削性能检测。结果表明,通过复合CVD+PVD工艺,CVD涂层和PVD涂层结合良好。不论是金属陶瓷还是硬质合金,CVD涂层的膜基结合力和摩擦因数均为最大,PVD涂层最小,复合CVD+PVD涂层介于两者之间。对于金属陶瓷和硬质合金而言,复合CVD+PVD涂层的切削性能最好,CVD涂层最差,PVD涂层介于两者之间。切削过程中的磨损机理主要是氧化磨损和磨粒磨损。     

微米、纳米及微/纳米复合金刚石涂层的切削性能研究

利用化学气相沉积(chemical vapor deposition,CVD)法在硬质合金上制备纳米、微米以及微/纳米复合金刚石涂层,并进行了切削对比试验。通过测试已加工材料的表面粗糙度和金刚石涂层刀具前、后刀面磨损,对比分析了不同金刚石涂层的切削性能,同时总结了CVD金刚石涂层刀具的失效形式及机理。结果表明:纳米金刚石涂层刀具切削加工后的表面粗糙度值最小,Ra=0.942μm;微米金刚石涂层刀具切削加工表面粗糙度值最大,Ra=1.631μm;纳米涂层刀具的后刀面磨损最大,约为微米涂层的2倍,复合涂层的5倍;微/纳米复合金刚石涂层刀具膜/基结合力高,前、后刀面的金刚石涂层没有出现脱落,且刀具的磨损量较少;金刚石涂层刀具的主要失效形式是涂层的过早脱落,其失效主要是由金刚石涂层的残余应力大、涂层化学纯度低、内部产生微裂纹多,以及切削时表面粗糙度高、切削力大和刀具积屑瘤普遍等原因引起的。     

酸浸+等离子体刻蚀YG6微米-纳米金刚石复合涂层工具研究

金刚石涂层工具一直是金刚石膜工具应用研究的主流.制约其产业化的主要因素是涂层的附着力低和微晶金刚石涂层工具的加工精度差.通过对衬底的有效预处理和CVD沉积过程控制的研究,开发在硬质合金基体上沉积高结合强度、低粗糙度的金刚石涂层新技术,对于实现CVD金刚石涂层刀具高效、高精度切削加工具有重要意义.对旨在提高金刚石涂层附着力的预处理技术,本文探索了将酸蚀脱钴+等离子体刻蚀处理衬底法.利用优化的沉积工艺,在酸浸+等离子刻蚀处理的YG6刀片上沉积的两层金刚石复合膜表面粗糙度为0.13μm,附着力压痕测试临界载荷大于1500N.金刚石涂层工具的切削加工性能明显高于无涂层硬质合金工具.在加工ZAlSi12合金时,单层和两层金刚石涂层车刀片的切削寿命分别是无涂层车刀片切削寿命的21倍和28倍.     

酸浸＋等离子体刻蚀YC6微米-纳米金刚石复合涂层工具研究

金刚石涂层工具一直是金刚石膜工具应用研究的主流。制约其产业化的主要因素是涂层的附着力低和微晶金刚石涂层工具的加工精度差。通过对衬底的有效预处理和CVD沉积过程控制的研究，开发在硬质合金基体上沉积高结合强度、低粗糙度的金刚石涂层新技术，对于实现CVD金刚石涂层刀具高效、高精度切削加工具有重要意义。对旨在提高金刚石涂层附着力的预处理技术，本文探索了将酸蚀脱钴＋等离子体刻蚀处理衬底法。利用优化的沉积工艺，在酸浸＋等离子刻蚀处理的YG6刀片上沉积的两层金刚石复合膜表面粗糙度为0．13μm，附着力压痕测试临界载荷大于1500N。金刚百涂层工具的切削加工性能明显高予无涂层硬质合金工具。在加工ZAlSi12合金时，单层和两层金刚石涂层车刀片的切削寿命分别是无涂层车刀片切削寿命的21倍和28倍。     

用于高速高效加工的CVD超级FF刀具涂层

超级FF涂层的特点 为了满足市场对高速高效切削加工的需求，日本住友电工硬质合金公司研究开发了CVD超级FF刀具涂层材料，其特点是：利用独创新技术开发的陶瓷类超级FF涂层实现了晶体组织超微细化和涂层表面平滑化。图1为原有的陶瓷类涂层与超级FF涂层表面和断面组织的电镜照片。图2为涂层表面的凹凸状态。